Exotische Supraleitung von Schwere Fermionen Verbindungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die isostrukturellen hexagonalen Schwere Fermionen Verbindungen UNi2Al3 und UPd2AI3 ordnen antiferromagnetisch und werden in diesem Zustand bei tieferen Temperaturen unkonventionell supraleitend. Da die antiferromagnetische Struktur der beiden Verbindungen unterschiedlich ist, sind sie besonders zur Untersuchung der Wechselwirkung dieser beiden Ordnungszustände geeignet. Es gelang sowohl UNi2AI3 als auch UPd2AI3 in Form epitaktischer a*-Achsen orientierter dünner Schichten mittels Molekularstrahlepitaxie zu deponieren. Eine ausführliche Charakterisierung sowohl der strukturellen Eigenschaften mittels Röntgendiffraktion als auch des magnetischen Ordnungszustands mittels resonanter magnetischer Röntgenstreuung zeigte eine mit guten Volumen-Einkristallen vergleichbare Qualität der Schichten. Aufgrund der a*-Achsenorientierung der Schichten konnten an photolithographisch strukturierten Proben präzise Untersuchungen der anisotropen Transporteigenschaften der beiden Verbindungen durchgeführt werden. Ein besonders überraschendes Ergebnis war dabei die Beobachtung einer Aufspaltung des resistiven supraleitenden Übergangs von UNi2AI3, dessen Mittelpunkt für die Stromrichtung parallel zur kristallographischen a-Achse stets bei höheren Temperaturen als für die Stromrichtung parallel zur kristallographischen c-Achse liegt. Eine Untersuchung mehrerer möglicher extrinsischer Ursachen für dieses Verhalten konnte deren Relevanz widerlegen. Somit bleibt als mögliche intrinsische Erklärung ein Multiband-Modell der Supraleitung in UNi2AI3, bei dem die spezielle Geometrie der Fermi-Fläche mit stark 2-dimensionalen Anteilen eine entscheidende Rolle spielt. Untersuchungen der norm all eilenden Eigenschaften von UNi2AI3 zeigten, dass die magnetischen Momente und Anregungen besonders stark an die den Ladungstransport in a-Achsenrichtung tragenden Elektronen koppeln (2-dimensionaler Anteil der Fermi-Fläche). Da diese Elektronen auch den bei höheren Temperaturen stattfindenden resistiven supraleitenden Übergang tragen, ist dies ein Hinweis auf magnetisch induzierte Supraleitung in UNi2AI3. Bei UPd2AI3 dagegen wurden die oben beschriebenen Effekte nicht beobachtet. Dies lässt sich auf der Basis von Berechnungen der elektronischen Eigenschaften (Bandstruktur) der beiden Verbindungen verstehen: Eine klare Trennung der den Strom in a- und c-Richtung tragenden Elektronen (Fermi- Flächen) liegt nur bei UNi2Al3 vor, bei UPd2Al3 ist die Anisotropie schwächer ausgeprägt. Weiterhin wurde beabsichtigt, analog zu früheren erfolgreichen Experimenten an c-Achsen orientierten UPd2AI3 Schichten, den supraleitenden Zustand (Ordnungsparameter} der a*-Achsen orientierten Schichten direkt mittels Tunnelspektroskopie zu untersuchen. Es gelang, planare Kontakte mit den beiden a*-Achsen orientierten Supraleitern zu präparieren, an denen ein Tunneleffekt nachgewiesen werden konnte. Allerdings wurden an keinem dieser Kontakte Leitfähigkeits-Spektren gemessen, in denen mit der supraleitenden Energielücke der Schwere Fermionen Verbindungen assoziierbare Strukturen auftraten. Eine mögliche Erklärung hierfür ist eine Degradation der sehr reaktiven a*- Achsen Oberfläche der Schwere Fermionen Supraleiter. Auch die relativ große Rauhigkeit dieser Oberfläche stellt ein Problem dar. Abschließend muss einerseits festgestellt werden, dass tunnelspektroskopischen Untersuchungen des supraleitenden Ordnungsparameters von Schwere Fermionen Supraleitern auch unter Verwendung epitaktischer dünner Schichten nicht immer erfolgreich durchgeführt werden können. Andererseits ermöglicht die erstmalige Präparation von epitaktischen Schichten dieser Verbindungen auch immer die Durchführung spezieller elektronischer Transportmessungen, die, wie in diesem Projekt, zur Entdeckung neuer physikalischer Effekte führen können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Evidence for muttiband superconductivity in the heavy fermion compound UNi2Al3, Phys. Rev. Lett. 93, 097001 (2004)
M. Jourdan, A. Zakharov, M. Foerster, and H. Adrian
- Magnetic order in thin films of the heavy fermion superconductor UNi2Al3, Eur. Phys. J. B 48, 445 (2005)
M. Jourdan, A. Zakharov, A. Hiess, T. Charlton, N. Bernhoeft, and D. Mannix
- Preparation of superconducting films of UNi2Al3, Physica B 359,1108 (2005)
A. Zakharov, M. Jourdan, M. Foerster and H. Adrian
- Transport Anisotropy and Bc2(0, T) of UNi2Al3 thin films, Physica B 359,1153(2005)
M. Jourdan, A. Zakharov, H. Schneider and H. Adrian
- Tunneling Spectroscopy on Epitaxial UNi2Al3 Thin Films, AIP Conference Proceedings 850, 655 (2006)
A. Zakharov, M. Jourdan, and H. Adrian
- Anisotropie transport properties of UNi2Al3 thin films Phys. Rev. B, 76, 144519 (2007)
M. Foerster, A. Zakharov, and M. Jourdan
- Electronic properties of a-oriented UPd2Al3 thin films, Journ. Magn. Mag. Mat., 310, 346 (2007)
M. Foerster, M. Jourdan, A. Zakharov, C. Herbort, and H. Adrian
